專利名稱：一種選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子制造工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子器件散熱要求的熱流密度不斷增長(zhǎng)，熱管具有極高的導(dǎo)熱性、優(yōu)良的等溫性、熱流密度可變性、恒溫特性環(huán)境的適應(yīng)性等優(yōu)良特點(diǎn)，可以滿足電子電器設(shè)備對(duì)散熱裝置緊湊、可靠、控制靈活、高散熱效率、不需要維修等要求。因此，熱管技術(shù)已成為電氣設(shè)備散熱、電子器件冷卻、半導(dǎo)體元件以及大規(guī)模集成電路板散熱的首選技術(shù)。吸液芯為熱管最核心的部分，它除了提供毛細(xì)力，也可以增大蒸發(fā)和冷凝面積從而加強(qiáng)相變傳熱過程，同時(shí)也助于保持一個(gè)蒸發(fā)溫度的均勻分布。一旦微熱管的物理尺寸、 外殼和吸液芯材料類型、工質(zhì)流體確定之后，其傳熱性能就決定于吸液芯的性能。根據(jù)吸液芯通道特征將其分為三類簡(jiǎn)單均勻型、非均勻獲復(fù)合型和復(fù)雜設(shè)計(jì)型三種。從工藝方法上分吸液芯結(jié)構(gòu)有溝槽式、絲網(wǎng)式、燒結(jié)式等。溝槽式吸液芯結(jié)構(gòu)發(fā)展方向是進(jìn)一步提高溝槽深寬比及優(yōu)化幾何形狀。研究發(fā)現(xiàn)，在相同測(cè)試條件下，薄壁高深寬比粗糙槽面溝槽式微熱管比現(xiàn)有光滑槽面溝槽式微熱管傳熱性能可提高以上。溝槽式吸液芯用切削方法制成，會(huì)對(duì)金屬材料產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變， 降低疲勞壽命，切削方法只適合于制作被加工面表面上以及有限深度內(nèi)的形狀，而且考慮到要有進(jìn)刀槽和退刀槽，更適合加工線性的規(guī)則的圖形結(jié)構(gòu)，所以溝槽式吸液芯的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性受很大的限制，無法制成非線性的多尺度的吸液芯結(jié)構(gòu)。對(duì)于現(xiàn)在對(duì)于一些對(duì)熱管性能有極高要求的高精尖領(lǐng)域，溝槽式吸液芯并不能總是提供足夠毛細(xì)力的同時(shí)降低回流阻力。燒結(jié)結(jié)構(gòu)的吸液芯實(shí)際是一種多孔材料，臺(tái)灣奇宏科技有限公司(AVC)對(duì)不同粒度銅粉梯度燒結(jié)毛細(xì)吸液芯進(jìn)行了探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多粒度銅粉梯度燒結(jié)可以增加銅粉與壁面的接觸強(qiáng)度，減小熱阻，更重要的是能解決毛細(xì)吸力提高的同時(shí)液體回流阻力增大的矛盾。而燒結(jié)式特殊的成型方式雖然具有低成本、高產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)，但是無法在微觀上控制結(jié)構(gòu)和形狀，以現(xiàn)有技術(shù)手段，依然很難大幅度提高吸液芯的結(jié)構(gòu)科學(xué)性進(jìn)而提高工作效率。吸液芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是提高毛細(xì)吸力、減小回流阻力和提高導(dǎo)熱系數(shù)，這要求在減小吸液芯微孔半徑的同時(shí)增大液體回流通道的尺寸。雖然研究者在溝槽式和燒結(jié)式吸液芯設(shè)計(jì)和制造方面做了許多努力，但在解決提高毛細(xì)吸力同時(shí)減小回流阻力這一矛盾方面仍未取得理想成果。其原因是改善固液、固汽界面結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)沸騰(蒸發(fā)段)和凝結(jié) (冷凝段)能力的訴求，以及提高毛細(xì)吸力、減小回流阻力的訴求，使得理想吸熱芯的表面微結(jié)構(gòu)、微通道尺寸和孔隙率在徑向和軸向呈非線性變化，因此機(jī)械加工和燒結(jié)方法很難完成。但是實(shí)驗(yàn)研究表明，三種傳統(tǒng)的加工方法所產(chǎn)生的吸液芯結(jié)構(gòu)的傳熱能力均遠(yuǎn)低于“樹狀”吸液芯結(jié)構(gòu)。而由于“樹狀結(jié)構(gòu)”的復(fù)雜性和不規(guī)則性，傳統(tǒng)的加工方法無法進(jìn)行直接制備，使得吸液芯結(jié)構(gòu)的工作能力提高很緩慢，成為制約散熱技術(shù)發(fā)展的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，能快速的制備任意管徑比、分叉角的“樹狀結(jié)構(gòu)”吸液芯。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，包括控制器、激光發(fā)生器、光路傳輸原件、掃描振鏡系統(tǒng)、F-θ鏡、成型室、進(jìn)氣口、出氣口、成型件升降缸、粉末升降缸、粉末回收缸；所述激光發(fā)生器、光路傳輸原件、掃描振鏡系統(tǒng)、F- θ鏡依次光路設(shè)置連接；所述F-θ鏡設(shè)置于成型室的上端中部，所述進(jìn)氣口設(shè)置于成型室一側(cè)的內(nèi)壁上端，所述出氣口設(shè)置于成型室另一側(cè)的內(nèi)側(cè)壁下端，所述成型室內(nèi)還設(shè)置有數(shù)控移動(dòng)刷片；所述成型件升降缸設(shè)置于成型室的下端，粉末升降缸設(shè)置于成型件升降缸的一側(cè)，粉末回收缸設(shè)置于粉末升降缸的另一側(cè)；所述光路傳輸原件包括光纖傳輸線路以及依次安裝在光纖傳輸線路上的準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡；所述光路傳輸原件由光隔離器和光纖耦合頭構(gòu)成。所述掃描振鏡系統(tǒng)、激光發(fā)生器、數(shù)控移動(dòng)刷片、粉末升降缸、粉末回收缸分別與控制器連接。所述控制器為計(jì)算機(jī)。該裝置還包括由全反鏡和半反鏡組成的分光鏡系統(tǒng)、所述掃描振鏡系統(tǒng)為雙掃描振鏡系統(tǒng)，所述分光鏡系統(tǒng)設(shè)置于激光發(fā)生器與雙掃描振鏡系統(tǒng)之間的光路中。上述裝置對(duì)吸液芯的選區(qū)激光熔化成型過程具體包括如下步驟(1)建立吸液芯的CAD幾何模型，并進(jìn)行分層離散，生成掃描路徑數(shù)據(jù)，將所述的掃描路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制器1中。(2)為了保證工作過程中，材料不被氧化，通過進(jìn)氣口 8向成型室7內(nèi)注入惰性氣體，以控制成型室7內(nèi)的氧濃度在一定范圍之內(nèi)。(3)成型件升降缸11下降一層，粉末升降缸12上升一段距離，確保溢出足夠的粉末量，數(shù)控移動(dòng)刷片10將粉末缸12中溢出的粉末推至成型缸11中，多余的推至粉末回收缸13內(nèi)。(4)激光掃描Cu粉，經(jīng)F-θ鏡6聚焦，在放置于成型件升降缸11上金屬粉末的加工平面上形成聚焦光斑，將Cu粉熔化，形成零件單層截面，在采用分光鏡系統(tǒng)時(shí)，可以同時(shí)制備兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的吸液芯，掃描路徑分別由雙振鏡掃描系統(tǒng)17控制。(5)控制器1判斷根據(jù)掃描的層數(shù)判斷吸液芯是否成型，若已成型，則取出成型件，否則重復(fù)步驟(3)、0)，使Cu粉逐層熔化，直至堆積成型，獲得成型的吸液芯結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的主流加工技術(shù)手段無法做出樹狀結(jié)構(gòu)的非線性多尺度吸液芯。而采用本實(shí)用新型裝置，可快速的制造出樹狀結(jié)構(gòu)的吸液芯。可以令吸液芯達(dá)到最合理的結(jié)構(gòu)，使之具有最大的毛細(xì)力的同時(shí)擁有最小的回流阻力。本發(fā)明裝置，可以快速地制備任意管徑比、分叉角的“樹狀結(jié)構(gòu)”吸液芯，既可以用于科研，同時(shí)也滿足了高效率熱管的尖端領(lǐng)域的需求。本專利還提供了利用了分光系統(tǒng)和雙掃描振鏡系統(tǒng)，一次可以制造兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的吸液芯的方案，在保證質(zhì)量的同時(shí)，提高了效率。這對(duì)于現(xiàn)有的關(guān)于吸液芯的實(shí)驗(yàn)研究和高質(zhì)量吸液芯結(jié)構(gòu)的制備有重大的意義。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便快捷，生產(chǎn)成本低，具有積極地推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為樹狀吸液芯結(jié)構(gòu)示意圖。上圖中控制器1 ；激光發(fā)生器2 ；光路傳輸原件3 ；掃描振鏡系統(tǒng)4 ；加工平面5 ； F- θ鏡6 ；成型室7 ；進(jìn)氣口 8 ；出氣口 9 ；數(shù)控移動(dòng)刷片10 ；成型件升降缸11 ；粉末升降缸 12 ；粉末回收缸13 ；透明防塵罩14 ；半反鏡15 ；全反鏡16 ；雙掃描振鏡系統(tǒng)17。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1、本發(fā)明選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，包括控制器1、激光發(fā)生器2、光路傳輸原件3、掃描振鏡系統(tǒng)4、F- θ鏡6、成型室7、進(jìn)氣口 8、出氣口 9、數(shù)控移動(dòng)刷片10、成型件升降缸11、粉末升降缸12、粉末回收缸13 ；所述激光發(fā)生器2、光路傳輸原件3、掃描振鏡系統(tǒng)4、F- θ鏡6依次光路設(shè)置連接；所述F- θ鏡6設(shè)置于成型室7的上端中部，所述進(jìn)氣口 8設(shè)置于成型室7 —側(cè)的內(nèi)壁上端，所述出氣口 9設(shè)置于成型室7另一側(cè)的內(nèi)壁下端，所述成型室7內(nèi)還設(shè)置有數(shù)控移動(dòng)刷片10 ；所述成型件升降缸11設(shè)置于成型室7的下端，粉末升降缸12設(shè)置于成型件升降缸11的一側(cè)，粉末回收缸13設(shè)置于粉末升降缸12的另一側(cè)；所述掃描振鏡系統(tǒng)4、激光發(fā)生器2、數(shù)控移動(dòng)刷片10、成型件升降缸11、粉末升降缸12分別與控制器1連接。所述控制器1為計(jì)算機(jī)。該裝置還包括由全反鏡16和半反鏡15組成的分光鏡系統(tǒng)、所述掃描振鏡系統(tǒng)4 為雙掃描振鏡系統(tǒng)17，所述分光鏡系統(tǒng)設(shè)置于激光發(fā)生器2與雙掃描振鏡系統(tǒng)17之間的光路中。在成型室7與F- θ鏡6之間設(shè)置透明防塵罩14。由控制器1控制激光發(fā)生器2、掃描振鏡系統(tǒng)4、成型件升降缸11、粉末回收缸13 和數(shù)控移動(dòng)刷片10，通過USB接口連接到控制器的激光發(fā)生器2和掃描振鏡系統(tǒng)4的控制卡。激光發(fā)生器2優(yōu)先選擇功率50至400W的光纖激光發(fā)生器，光束質(zhì)量小于1. 1，光纖激光器功率能夠滿足聚焦光斑的要求。光路傳輸原件3包括光纖傳輸線路以及依次安裝在光纖傳輸線路上的準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡(圖中未示出)，光路傳輸原件3采用光隔離器和光纖耦合頭 (圖中未示出)，在光纖傳輸線路的外套上設(shè)有水冷機(jī)構(gòu)。掃描振鏡系統(tǒng)4上設(shè)有風(fēng)冷機(jī)構(gòu)， 成型室7的出氣口 9處設(shè)有含氧量檢測(cè)儀。將Cu粉進(jìn)行一定時(shí)間的球磨，使顆粒尺寸大致在500-1000nm，避免過小而成粉塵，同時(shí)降低顆粒熔化能，可以用更快的速度掃描，從而提高工件表面質(zhì)量。由于顆粒較小，為防止在數(shù)控移動(dòng)刷片10進(jìn)行推粉過程中的粉塵揚(yáng)起而覆蓋在F- θ鏡6表面，降低F- θ鏡6的透射性從而影響工作激光質(zhì)量，因?yàn)镕- θ鏡6表面精密，不適宜清潔，特加設(shè)方便定時(shí)拆卸清潔的透明防塵罩14。激光發(fā)生器2發(fā)射的激光束經(jīng)光路傳輸原件3傳輸，由振鏡系統(tǒng)4控制掃描，掃描路徑由控制器1分層離散CAD幾何模型產(chǎn)生，并經(jīng)F-θ鏡6聚焦。成型件升降缸11的最上層粉末處為加工平面5處于F- θ鏡6焦平面上。進(jìn)氣口 8、出氣口 9由控制器1控制，向成型室7內(nèi)注入惰性氣體，并排出空氣。如圖2，為提高工作效率，增加了利用全反鏡16半反鏡15組成的分光鏡系統(tǒng)，將激光發(fā)生器2產(chǎn)生的光束分成兩束的方案，兩束激光能量依然滿足工作要求，分別經(jīng)過由控制器1控制的雙掃描振鏡系統(tǒng)17，可以同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)圖形的掃描，可一次加工出兩個(gè)不同的吸液芯結(jié)構(gòu)。上述裝置對(duì)吸液芯的選區(qū)激光熔化成型過程，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)建立吸液芯的CAD幾何模型，并進(jìn)行分層離散，生成掃描路徑數(shù)據(jù)，將所述的掃描路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制器1中。(2)為了保證工作過程中，材料不被氧化，通過進(jìn)氣口 8向成型室7內(nèi)注入惰性氣體，以控制成型室7內(nèi)的氧濃度在一定范圍之內(nèi)。(3)成型件升降缸11下降一層，粉末升降缸12上升一段距離，確保溢出足夠的粉末量，數(shù)控移動(dòng)刷片10將粉末缸12中溢出的粉末推至成型缸11中，多余的推至粉末回收缸13內(nèi)。(4)激光掃描Cu粉，經(jīng)F-θ鏡6聚焦，在放置于成型件升降缸11上金屬粉末的加工平面上形成聚焦光斑，將Cu粉熔化，形成零件單層截面，在采用分光鏡系統(tǒng)時(shí)，可以同時(shí)制備兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的吸液芯，掃描路徑分別由雙振鏡掃描系統(tǒng)17控制。(5)控制器1判斷根據(jù)掃描的層數(shù)判斷吸液芯是否成型，若已成型，則取出成型件，否則重復(fù)步驟(3)、0)，使Cu粉逐層熔化，直至堆積成型，獲得成型的吸液芯結(jié)構(gòu)。如圖3所示，本專利成型的非線性樹狀吸液芯結(jié)構(gòu)參數(shù)具有如下特點(diǎn)管徑比1. 3 左右，分叉角55°左右。但本方法成型的吸液芯結(jié)構(gòu)尺寸不限于上述參數(shù)。如上所述便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，其特征在于，包括控制器、激光發(fā)生器、光路傳輸原件、掃描振鏡系統(tǒng)、F-θ鏡、成型室、進(jìn)氣口、出氣口、成型件升降缸、粉末升降缸、粉末回收缸；所述激光發(fā)生器、光路傳輸原件、掃描振鏡系統(tǒng)、F-θ鏡依次光路設(shè)置連接；所述F-θ鏡設(shè)置于成型室的上端中部，所述進(jìn)氣口設(shè)置于成型室一側(cè)的內(nèi)壁上端，所述出氣口設(shè)置于成型室另一側(cè)的內(nèi)壁下端，所述成型室內(nèi)還設(shè)置有數(shù)控移動(dòng)刷片；所述成型件升降缸設(shè)置于成型室的下端，粉末升降缸設(shè)置于成型件升降缸的一側(cè)，粉末回收缸設(shè)置于粉末升降缸的另一側(cè)；所述掃描振鏡系統(tǒng)、激光發(fā)生器、數(shù)控移動(dòng)刷片、粉末升降缸、粉末回收缸分別與控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，其特征在于，該裝置還包括由全反鏡和半反鏡組成的分光鏡系統(tǒng)、所述掃描振鏡系統(tǒng)為雙掃描振鏡系統(tǒng)， 所述分光鏡系統(tǒng)設(shè)置于激光發(fā)生器與雙掃描振鏡系統(tǒng)之間的光路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，其特征在于，所述光路傳輸原件包括光纖傳輸線路以及依次安裝在光纖傳輸線路上的準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，其特征在于，所述光路傳輸原件由光隔離器和光纖耦合頭構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，其特征在于，所述成型室頂部設(shè)置有透明防塵罩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，其特征在于，所述控制器為計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種選區(qū)激光熔化制備非線性樹狀吸液芯裝置，包括控制器、激光發(fā)生器、光路傳輸原件、掃描振鏡系統(tǒng)、F-θ鏡、成型室、進(jìn)氣口、出氣口、成型件升降缸、粉末升降缸、粉末回收缸；本發(fā)明可以快速地制備任意管徑比、分叉角的“樹狀結(jié)構(gòu)”吸液芯，既可以用于科研，同時(shí)也滿足了高效率熱管的尖端領(lǐng)域的需求；本發(fā)明還提供了利用了分光系統(tǒng)和雙掃描振鏡系統(tǒng)，一次可以制造兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的吸液芯的方案，在保證質(zhì)量的同時(shí)，提高了效率；這對(duì)于現(xiàn)有的關(guān)于吸液芯的實(shí)驗(yàn)研究和高質(zhì)量吸液芯結(jié)構(gòu)的制備有重大的意義；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便快捷，生產(chǎn)成本低，具有積極地推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B22F3/105GK102274968SQ20111024111
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者楊彥哲, 楊永強(qiáng), 湯勇, 黃延祿 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)